KR100957347B1 - 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치에 관한 것으로, 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향 조작이 없는 경우(아이들 상태나 또는 직진 주행상태인 경우)에는 풀리측 샤프트(13)와 바디측 샤프트(14)의 연결을 차단할 수 있게 됨으로써, 불필요한 엔진의 동력을 소모하지 않게 되고, 이로 인해 연비 상승 및 에너지 소비를 최대한 줄일 수 있도록 된 것이다.
오일펌프, 샤프트, 클러치, 연비 향상

Description

파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치{Clutch device of oil pump in power steering system}
본 발명은 스티어링 휠의 조타시에만 엔진의 동력으로 유압을 생성할 수 있도록 함으로써 연비 향상에 도움을 줄 수 있도록 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치에 관한 기술이다.
일반적으로, 차량에 구비된 스티어링(steering; 조향장치)은 주행중인 차량의 진행방향을 운전자의 의지대로 전환시키기 위한 장치인 바, 특히 대형 자동차나 저압 타이어를 사용하는 차량에서는 앞바퀴의 접지저항이 크기 때문에 핸들의 조작력을 크게 하고 또한 가볍고 신속한 조향 조작을 위한 파워 스티어링을 사용하는 것이 보편화되어 있다.
상기 파워 스티어링은 유압을 사용하는 유압식 파워 스티어링(NPS)과 모터의 동력을 사용하는 전동식 파워 스티어링(MDPS)이 있는데, 그 중 상기 유압식 파워 스티어링은 상기 전동식 파워 스티어링에 비해 원가가 적고 조타시 느낌이 가장 자연스러운 장점이 있기에 일부의 고급 차량을 제외한 대부분의 차량에서 널리 사용하고 있지만, 반대로 엔진의 동력을 이용하기 때문에 연비가 나쁜 단점이 있다.
따라서, 최근에는 유압식 파워 스티어링을 사용하는 경우 연비를 향상시키고 아울러 에너지 소비를 최대한 줄일 수 있는 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.
본 발명은, 파워 스티어링을 구성하는 오일펌프에 클러치 장치를 구비하도록 구조를 개선하여 스티어링 휠의 조타시에만 엔진의 동력을 소모하여 유압을 생성할 수 있도록 함으로써, 연비 향상에 도움을 줄 수 있도록 함과 더불어 에너지 소비를 최대한 줄일 수 있도록 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치는, 엔진의 크랭크 샤프트와 벨트를 매개로 연결된 풀리가 결합된 풀리측 샤프트와; 펌프바디내에 회전 가능하게 설치되면서 베인을 갖춘 로터가 결합된 바디측 샤프트와; 상기 풀리측 샤프트와 상기 바디측 샤프트에 구비되면서 상기 풀리측 샤프트의 회전 동력을 상기 바디측 샤프트로 전달하거나 또는 차단하는 클러치 플레이트와; 상기 바디측 샤프트에 구비되면서 상기 풀리측 샤프트의 회전 동력이 상기 바디측 샤프트에 전달되도록 상기 클러치 플레이트에 탄성력을 제공하는 탄성부재와; 상기 클러치 플레이트가 설치된 상기 펌프바디내의 밀폐공간과 상기 펌프바디로부터 유압을 배출하는 배출포트를 연결하는 공급포트상에 설치된 체크밸브 와; 상기 펌프바디내의 밀폐공간과 상기 펌프바디로 오일이 공급되는 입력포트를 연결하는 리턴포트상에 설치된 솔레노이드 밸브와; 운전자의 조향 의지를 검출하는 센서로부터 신호를 전달받아 상기 솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향 조작이 없는 경우(아이들 상태나 또는 직진 주행상태인 경우)에는 풀리측 샤프트와 바디측 샤프트의 연결을 차단할 수 있게 됨으로써, 불필요한 엔진의 동력을 소모하지 않게 되고, 이로 인해 연비 상승 및 에너지 소비를 최대한 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
유압식 파워 스티어링은 오일펌프를 포함하여 구성되고, 상기 오일펌프는 본 발명의 실시예에 따라 클러치 장치를 포함하여 구성된다.
즉, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 오일펌프(10)는 오일리저버로부터 오일을 공급받는 입력포트(11a) 및 파워 스티어링의 작동장치로 유압을 공급하는 배출포트(11b)를 구비한 펌프바디(11)와, 엔진의 크랭크 샤프트와 벨트를 매개로 연결된 풀리(12)가 결합된 풀리측 샤프트(13)와, 상기 펌프바디(11)내에 회전 가능하게 설치되면서 베인을 갖춘 로터가 결합된 바디측 샤프트(14)를 포함하여 구성된다.
상기 펌프바디(11)와 상기 풀리측 샤프트(13)는 부시(15) 또는 베어링을 결합되며, 상기 부시(15)의 측부에는 상기 펌프바디(11)내에 밀폐공간(11c)이 형성된다.
상기 풀리측 샤프트(13)의 일단에는 축의 길이방향으로 삽입홈(13a)이 형성되고, 상기 바디측 샤프트(14)의 일단에는 상기 삽입홈(13a)으로 삽입되는 축돌기(14a)가 형성되는 바, 이에 따라 상기 풀리측 샤프트(13)는 상기 바디측 샤프트(14)에 대해 자유로이 축 회전할 수 있는 구조가 된다.
상기 풀리측 샤프트(13)의 자유로운 축 회전은 상기 밀폐공간(11c)에 설치된 클러치 플레이트(20)에 의해 선택적으로 구속된다.
즉, 상기 밀폐공간(11c)에는 상기 풀리측 샤프트(13)와 상기 바디측 샤프트(14)에 구비되면서 상기 풀리측 샤프트(13)의 회전 동력을 상기 바디측 샤프트(14)로 전달하거나 또는 차단하는 클러치 플레이트(20)가 설치된다.
상기 클러치 플레이트(20)는, 상기 풀리측 샤프트(13)의 일단에 용접 결합으로 일체로 구비됨과 더불어 상기 바디측 샤프트(14)를 향하는 일면에 다수개의 클러치돌기(21)가 방사상으로 돌출 형성된 고정 플레이트(22)와, 상기 바디측 샤프트(14)의 축돌기(14a)에 세레이션 결합으로 끼워지면서 상기 축돌기(14a)의 길이방향을 따라 이동할 수 있도록 설치됨과 더불어 상기 고정 플레이트(13)를 향하는 일면에 상기 클러치돌기(21)가 삽입되는 다수개의 클러치홈(23)이 방사상으로 형성된 이동 플레이트(24)로 구성된다.
상기 고정 플레이트(22)의 중심에는 상기 바디측 샤프트(14)의 축돌기(14a) 가 관통할 수 있도록 관통구멍(25)이 형성되고, 상기 이동 플레이트(24)의 중심에는 상기 바디측 샤프트(14)의 축돌기(14a)에 형성된 세레이션돌기(14b)와 결합을 이루도록 세레이션구멍(26)이 형성된다.
여기서, 상기 고정 플레이트(22)에 구비된 상기 클러치돌기(21)는 일단은 상기 고정 플레이트(22)의 중심을 향하고 타단은 상기 고정 플레이트(22)의 바깥 둘레면을 향하도록 돌출 형성된 막대모양으로 형성된다.
그리고, 상기 이동 플레이트(24)에 구비된 상기 클러치홈(23)은 일단은 상기 이동 플레이트(24)의 중심을 향하고 타단은 상기 이동 플레이트(24)의 바깥 둘레면을 향하도록 형성되면서 상기 이동 플레이트(24)의 중심을 향하는 일단의 원호보다 상기 이동 플레이트(24)의 바깥 둘레면을 향하는 타단의 원호가 더 큰 치수를 갖는 부채꼴 모양으로 형성된다.
한편, 상기 이동 플레이트(24)에 구비된 상기 클러치홈(23)에서 상기 이동 플레이트(24)의 회전방향쪽으로 위치한 한쪽 측면(23a)은 직각면으로 형성되고, 상기 이동 플레이트(24)의 회전방향에 반대 방향쪽으로 위치한 반대쪽 측면(23b)은 이동 플레이트(24)의 일면과 동일하며, 상기 한쪽 측면(23a)에서부터 상기 반대쪽 측면(23b)까지의 바닥면(23c)은 점차 상승하는 경사면으로 형성된다.
상기 바디측 샤프트(14)에는 상기 풀리측 샤프트(13)의 회전 동력이 상기 바디측 샤프트(14)에 전달되도록 상기 클러치 플레이트(20)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(31)가 구비된다.
즉, 상기 탄성부재(31)는, 일단은 상기 바디측 샤프트(14)에 결합되고 타단 은 상기 이동 플레이트(24)에 결합되어 설치되면서 상기 이동 플레이트(24)를 상기 고정 플레이트(22)쪽으로 이동시키도록 탄성력을 제공하는 코일스프링인 것이다.
상기 펌프바디(11)로부터 유압을 배출하는 배출포트(11b)와 상기 클러치 플레이트(20)가 설치된 상기 펌프바디(11)내의 밀폐공간(11c)은 공급포트(33)로 연결되고, 상기 공급포트(33)상에는 체크밸브(35)가 설치된다.
상기 체크밸브(35)에 의해 상기 배출포트(11b)에서 상기 밀폐공간(11c)쪽으로만 유압이 공급될 수 있게 된다.
상기 펌프바디(11)내의 밀폐공간(11c)과 상기 펌프바디(11)로 오일이 공급되는 입력포트(11a)는 리턴포트(37)로 연결되고, 상기 리턴포트(37)상에는 솔레노이드 밸브(39)가 설치된다.
상기 솔레노이드 밸브(39)의 동작은 운전자의 조향 의지를 검출하는 센서(41)로부터 신호를 전달받는 컨트롤러(43)에 의해 제어된다.
여기서, 상기 운전자의 조향 의지를 검출하는 센서(41)에는 조향각 센서나 또는 토크 센서 등이 있다.
이하, 본 발명 실시예의 작용에 대해 설명한다.
차량의 시동이 온(ON)되고 일정 시간이 경과된 후 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향 조작이 없는 경우(아이들 상태나 또는 직진 주행상태인 경우)에는, 컨트롤러(43)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(39)는 오프(OFF) 상태를 유지하게 되고, 이에 따라 리턴포트(37)는 상기 솔레노이드 밸브(39)를 기점으로 차단된 상태가 된다.
따라서, 오일리저버를 통해 펌프바디(11)의 입력포트(11a)로 공급된 유체는 배출포트(11b)와 공급포트(33)를 통해 상기 펌프바디(11)의 밀폐공간(11c)으로 쌓이면서 유압을 발생시키게 된다.
상기 밀폐공간(11c)에서 발생된 유압의 힘이 탄성부재(31)의 장력을 이기게 되면, 이동플레이트(24)는 축돌기(14a)를 따라 도 1의 상태에서 우측으로 이동을 하게 되고, 이 결과 클러치홈(23)으로부터 클러치돌기(21)가 빠지게 됨으로써 고정 플레이트(22)와 이동 플레이트(24)는 도 6과 같이 동력 전달이 불가능한 단속 상태가 된다.
이와 같이, 고정 플레이트(22)와 이동 플레이트(24)의 연결이 해제되면, 크랭크 샤프트와 벨트를 매개로 연결된 풀리(12)가 회전하고 풀리측 샤프트(13)가 회전하더라도 바디측 샤프트(14)는 회전하지 않게 된다.
따라서, 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향 조작이 없는 경우(아이들 상태나 또는 직진 주행상태인 경우)에는 엔진의 동력을 소모하지 않게 되며, 이로 인해 연비 상승 및 에너지 소비를 최대한 줄일 수 있는 장점이 있다.
그리고, 차량의 시동이 온(ON)되고 운전자에 의한 스티어링 휠의 조향 조작이 발생하는 경우에는, 컨트롤러(43)의 제어에 의해 솔레노이드 밸브(39)는 온(ON) 상태를 유지하게 되고, 이에 따라 리턴포트(37)는 펌프바디(11)의 입력포트(11a)와 밀폐공간(11c)을 연결하게 된다.
따라서, 공급포트(33)를 통해 펌프바디(11)의 밀폐공간(11c)으로 유입되는 유체는 리턴포트(37)를 통해 펌프바디(11)의 입력포트(11a)로 배출되며, 이로 인해 상기 펌프바디(11)의 밀폐공간(11c)에는 유체가 쌓이지 않게 되고 아울러 유압이 발생하지 않게 된다.
이와 같이, 펌프바디(11)의 밀폐공간(11c)에 유압이 발생하지 않으면, 이동플레이트(24)는 탄성부재(31)의 장력에 의해 축돌기(14a)를 따라 고정 플레이트(22)쪽으로 이동을 하게 되고, 이로 인해 상기 고정 플레이트(22)와 상기 이동플레이트(24)는 도 7과 같이 클러치돌기(21)와 클러치홈(23)의 결합을 통해 서로 동력 전달이 가능한 접속 상태가 된다.
여기서, 고정 플레이트(22)와 이동플레이트(24)가 접속 상태로 변환될 때 고속으로 회전하는 고정 플레이트(22)에 의해 클러치돌기(21)가 클러치홈(23)속으로 원활히 삽입되지 않거나 또는 삽입되면서 큰 소음을 발생시킬 수 있는 문제도 있지만, 본 발명의 실시예에서는 상기 클러치홈(23)이 상기 클러치돌기(21)보다 더 크게 형성되고 또한 상기 클러치홈(23)의 바닥면(23c)이 경사면으로 형성된 것에 의해 이러한 문제를 해결할 수 있게 된다.
따라서, 고정 플레이트(22)와 이동 플레이트(24)가 동력 전달이 가능하도록 연결되면, 엔진의 동력은 풀리(12)와 풀리측 샤프트(13) 및 바디측 샤프트(14)로 전달되고, 상기 바디측 샤프트(14)의 회전에 의해 로터의 베인이 유압을 형성하여 배출포트(11b)를 통해 파워 스티어링의 작동장치로 공급하게 된다.
도 1은 일반적인 파워 스티어링의 기어박스장치를 설명하기 위한 도면,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 파워 스티어링의 조타력 어시스트 장치를 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
12 - 동력실린더 17 - 피스톤
30 - 보조 유압발생기 31 - 부압실린더
33 - 보조 유압실린더 43 - 컨트롤러
45 - 유압파이프 47 - 보조 동력실린더
49 - 보조 피스톤

Claims (7)

  1. 엔진의 크랭크 샤프트와 벨트를 매개로 연결된 풀리가 결합된 풀리측 샤프트와;
    펌프바디내에 회전 가능하게 설치되면서 베인을 갖춘 로터가 결합된 바디측 샤프트와;
    상기 풀리측 샤프트와 상기 바디측 샤프트에 구비되면서 상기 풀리측 샤프트의 회전 동력을 상기 바디측 샤프트로 전달하거나 또는 차단하는 클러치 플레이트와;
    상기 바디측 샤프트에 구비되면서 상기 풀리측 샤프트의 회전 동력이 상기 바디측 샤프트에 전달되도록 상기 클러치 플레이트에 탄성력을 제공하는 탄성부재와;
    상기 클러치 플레이트가 설치된 상기 펌프바디내의 밀폐공간과 상기 펌프바디로부터 유압을 배출하는 배출포트를 연결하는 공급포트상에 설치된 체크밸브와;
    상기 펌프바디내의 밀폐공간과 상기 펌프바디로 오일이 공급되는 입력포트를 연결하는 리턴포트상에 설치된 솔레노이드 밸브와;
    운전자의 조향 의지를 검출하는 센서로부터 신호를 전달받아 상기 솔레노이드 밸브의 동작을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 풀리측 샤프트의 일단에는 축의 길이방향으로 삽입홈이 형성되고;
    상기 바디측 샤프트의 일단에는 상기 삽입홈으로 삽입되는 축돌기가 형성된 것;
    을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 클러치 플레이트는,
    상기 풀리측 샤프트의 일단에 일체로 구비됨과 더불어 상기 바디측 샤프트를 향하는 일면에 다수개의 클러치돌기가 방사상으로 돌출 형성된 고정 플레이트와;
    상기 바디측 샤프트의 축돌기에 끼워지면서 상기 축돌기의 길이방향을 따라 이동할 수 있도록 설치됨과 더불어 상기 고정 플레이트를 향하는 일면에 상기 클러치돌기가 삽입되는 다수개의 클러치홈이 방사상으로 형성된 이동 플레이트;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 탄성부재는,
    일단은 상기 바디측 샤프트에 결합되고 타단은 상기 이동 플레이트에 결합되어 설치되면서 상기 이동 플레이트를 상기 고정 플레이트쪽으로 이동시키도록 탄성력을 제공하는 코일스프링인 것;
    을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 클러치돌기는 일단은 상기 고정 플레이트의 중심을 향하고 타단은 상기 고정 플레이트의 바깥 둘레면을 향하도록 돌출 형성된 막대모양으로 형성되고;
    상기 클러치홈은 일단은 상기 이동 플레이트의 중심을 향하고 타단은 상기 이동 플레이트의 바깥 둘레면을 향하도록 형성되면서 상기 이동 플레이트의 중심을 향하는 일단의 원호보다 상기 이동 플레이트의 바깥 둘레면을 향하는 타단의 원호가 더 큰 치수를 갖는 부채꼴 모양으로 형성된 것;
    을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이동 플레이트의 회전방향쪽으로 위치한 상기 클러치홈의 한쪽 측면은 직각면으로 형성되고;
    상기 이동 플레이트의 회전방향에 반대 방향쪽으로 위치한 상기 클러치홈의 반대쪽 측면은 이동 플레이트의 일면과 동일하며;
    상기 클러치홈의 한쪽 측면에서부터 상기 반대쪽 측면까지의 바닥면은 점차 상승하는 경사면으로 형성된 것;
    을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 체크밸브는,
    상기 배출포트에서 상기 밀폐공간쪽으로만 유압이 공급될 수 있도록 구성된 것;
    을 특징으로 하는 파워 스티어링 오일펌프의 클러치 장치.
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